Title: Билеты по оптике, 1997 г
Author: Rusakov
Last saved by: Boris
Company: MSU

Вопросы к экзамену по курсу лекций "Оптика", 2013 г.
Лектор проф. Б.И.Манцызов

1. Электромагнитная теория света. Уравнения Максвелла и материальное уравнение. Волновое уравнение. Ориентация и взаимосвязь полевых векторов в плоской бегущей гармонической световой волне.
2. Поток и плотность потока энергии электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга. Интенсивность света. Объемная плотность импульса и давление электромагнитной волны. 
3. Монохроматические и квазимонохроматические волны. Фурье-анализ и синтез волновых полей. Амплитуда и фаза спектра импульса. Соотношение между длительностью импульса и шириной спектра. 
4. Ориентация полевых векторов в плоской волне. Поляризация света. Классификация состояний поляризации. Поляризация естественного света.
5. Модулированные волны – световые пучки и импульсы. Теорема Планшереля. Соотношение между спектральной плотностью интенсивности и модулем спектра импульса.
6. Излучение света классическим осциллятором. Зависимость интенсивности излучения от частоты колебаний осциллятора. Оценка естественной ширины спектральной линии излучения радиационно затухающего осциллятора. Форма линии излучения. 
7. Излучение ансамбля статистически независимых осцилляторов. Спектральная линия излучения и ее ширина. Механизмы однородного и неоднородного уширений спектральной линии.
8. Интерференция двух монохроматических световых волн. Уравнение интерференции и функция видности. Основные схемы двухволновой интерференции. Метод деления волнового фронта и метод деления амплитуды. Линейная и угловая ширины интерференционных полос в схеме Юнга.
9. Интерференция квазимонохроматического света. Время и длина когерентности. Функция временной корреляции. Взаимосвязь спектра и функции корреляции (теорема Винера-Хинчина). Понятие о фурье-спектроскопии. Степень временной когерентности и функция видности.
10. Интерференция света от протяженного источника. Зависимость видности интерференционной картины от размеров источника. Пространственная когерентность. Радиус и угол когерентности. Звездный интерферометр Майкельсона.
11. Многоволновая интерференция. Интерферометр Фабри-Перо. Формулы Эйри.
12. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционный интеграл Френеля и его трактовка. Зоны Френеля.
13. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Метод зон Френеля. Радиус и площадь зон Френеля. Число Френеля. Метод векторных диаграмм. Спираль Френеля. Зонная пластинка, линза.
14.  Дифракция Френеля на крае экрана и на щели. Зоны Шустера, спираль Корню. 
15. Дифракция света. Ближняя и дальняя зоны дифракции. Дифракционная длина. Дифракционная расходимость пучка в дальней зоне. Приближения Френеля и Фраунгофера. 
16. Недостатки положений принципа Гюйгенса-Френеля. Понятие о теории дифракции Кирхгофа. Интеграл Френеля-Кирхгофа. 
17. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная картина в дальней зоне как пространственный фурье-образ объекта. Комплексная пространственная спектральная амплитуда. Угловой спектр интенсивности пучка. Связь ширины спектра с поперечными размерами пучка.
18.  Дифракция Фраунгофера на пространственных структурах. Дифракция на щели и прямоугольном отверстии. Амплитудные и фазовые дифракционные решетки. Положение и ширина главных дифракционных максимумов дифракционной решетки.
19. Спектральный анализ светового излучения. Дифракционные, интерференционные и дисперсионные спектральные приборы. Основные характеристики спектральных приборов: угловая дисперсия, разрешающая способность, свободная область дисперсии.
20. Дифракционная теория формирования изображений. Разрешающая способность микроскопа и телескопа. Наблюдение фазовых объектов: метод фазового контраста, метод темного поля.
21. Голография. Основные схемы записи голограмм и восстановления изображений.
22. Распространение света в анизотропной среде. Материальное уравнение, тензор диэлектрической проницаемости. Главные оси кристалла. Соотношения между векторами индукции и напряженностей электрического и магнитного полей в световой волне. Двулучепреломление света: построение с помощью лучевой поверхности.
23. Распространение света в анизотропной среде. Фазовая и лучевая скорости. Уравнения Френеля для фазовых и лучевых скоростей. 
24. Эллипсоид лучевых скоростей. Оптическая ось. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Лучевая поверхность. Принцип Гюйгенса-Френеля для анизотропной среды. 
25. Поляризационные устройства. Пластинки «λ/4» и «λ/2». Интерференция поляризованных волн.
26. Анизотропия оптических свойств, индуцированная механической деформацией, электрическим и магнитным полями. 
27. Дисперсия света. Классическая электронная теория дисперсии. Комплексный показатель преломления. Зависимости показателя преломления и коэффициента поглощения газов от частоты. Нормальная и аномальная дисперсии. Закон Бугера. 
28. Распространение света в диспергирующей среде. Зависимость показателя преломления газов от частоты. Фазовая и групповая скорости, их соотношение (формула Рэлея). Расплывание волновых пакетов в диспергирующей среде, дисперсионная длина.
29. Оптические явления на границе раздела изотропных диэлектриков. Формулы Френеля, поляризация отраженной и прошедшей волн. Угол Брюстера. 
30. Оптические явления на границе раздела изотропных диэлектриков. Явление полного внутреннего отражения. Энергетические соотношения при преломлении и отражении света. 
31. Рассеяние света. Рассеяние малыми частицами. Закон Рэлея. Индикатриса рассеяния, поляризация рассеянного света, коэффициент рассеяния. Рассеяние Ми.
32. Представление о молекулярном рэлеевском рассеянии в газах и жидкостях. Неупругое рассеяние: комбинационное рассеяние (Рамана) и рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
33. Представление о квантовой теории излучения света атомами и молекулами. Постулаты Бора. Спонтанные и вынужденные переходы в двухуровневой системе. Коэффициенты Эйнштейна, их взаимосвязь.
34. Резонансное усиление света при инверсной заселенности уровней. Коэффициент усиления. Методы создания инверсной заселенности. Ширина полосы усиления.
35. Лазер – устройство и принцип работы. Амплитудное и фазовое условия генерации. Основные типы лазеров. Свойства лазерного излучения. 
36. Многоуровневые системы. Явление люминесценции: основные закономерности, спектральные и временные характеристики.
37. Нелинейные оптические явления. Среды с квадратичной нелинейностью. Генерация гармоник и оптическое детектирование.
38. Нелинейные оптические явления. Среды с кубической нелинейностью. Самофокусировка волновых пучков и генерация гармоник.
39. Геометрическая оптика. Кардинальные элементы оптической системы. Построение изображений.